RU2393635C1 - Method of determining beat of optical fiber on transmission line section - Google Patents
Method of determining beat of optical fiber on transmission line section Download PDFInfo
- Publication number
- RU2393635C1 RU2393635C1 RU2009114106/09A RU2009114106A RU2393635C1 RU 2393635 C1 RU2393635 C1 RU 2393635C1 RU 2009114106/09 A RU2009114106/09 A RU 2009114106/09A RU 2009114106 A RU2009114106 A RU 2009114106A RU 2393635 C1 RU2393635 C1 RU 2393635C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- duration
- optical
- length
- fiber
- beat length
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к волоконно-оптической технике связи и может быть использовано для определения распределения длины биений оптического волокна на участке линии передачи, что позволяет оценивать такие характеристики линейного тракта, как длина корреляции, поляризационная модовая дисперсия.The invention relates to a fiber-optic communication technique and can be used to determine the distribution of the length of the beats of an optical fiber on a portion of a transmission line, which makes it possible to evaluate such characteristics of a linear path as the correlation length, polarization mode dispersion.
Способы измерения характеристик оптического волокна /1-3/, основанные на рефлектометрическом методе, заключаются в том, что в на ближнем конце в оптическое волокно вводится оптический зондирующий сигнал, в качестве которого используется непрерывное оптическое излучение лазера, модулированное псевдослучайной последовательностью импульсов, на ближнем конце принимается оптическое излучение обратного релеевского рассеяния, принятый сигнал демодулируется, и по полученной характеристике обратного рассеяния определяются искомые характеристики оптического волокна. Допустимая мощность лазеров непрерывного излучения, вводимая в оптическое волокно, ограничена уровнями лазерного пробоя. Стоимость мощных лазеров непрерывного излучения, работающих в рабочем диапазоне кварцевых оптических волокон, велика. Как следствие, протяженность участков, контролируемых с помощью системы ROSE (Rayleigh Optical Scattering and Encoding), реализующей подобные способы, на практике мала (порядка 5 км).The methods of measuring the characteristics of the optical fiber / 1-3 /, based on the OTDR method, consist in the fact that an optical probe signal is introduced into the optical fiber at the proximal end, using continuous laser radiation modulated by a pseudo-random pulse sequence at the proximal end the optical radiation of backward Rayleigh scattering is received, the received signal is demodulated, and the desired character is determined from the obtained backscattering characteristic optical fiber optics. The permissible power of cw lasers introduced into the optical fiber is limited by the levels of laser breakdown. The cost of high-power continuous wave lasers operating in the operating range of quartz optical fibers is high. As a result, the length of sites controlled by the ROSE (Rayleigh Optical Scattering and Encoding) system that implements such methods is small in practice (about 5 km).
Известен рефлектометрический способ локализации участков волоконно-оптической линии передачи с повышенными значениями поляризационной модовой дисперсии /4/, основанный на измерении степени деполяризации DOP (Degree of polarization). Данный способ не позволяет измерять длину биений.A known reflectometric method for localizing portions of a fiber optic transmission line with increased values of the polarization mode dispersion / 4 / is based on measuring the degree of depolarization DOP (Degree of polarization). This method does not allow to measure the length of the beats.
Известен способ измерения характеристик линейного тракта оптической линии передачи /5, 6/, в частности длины биений оптического волокна, заключающийся в том, что на ближнем конце волоконно-оптической линии передачи в оптическое волокно вводят последовательность оптических зондирующих импульсов с длительностью не более половины интервала времени распространения оптического импульса на участке, протяженность которого равна длине биений, поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного релеевского рассеяния подают на вход анализатора поляризации оптического излучения, на выходе которого принимают мощность оптического излучения одной поляризации и измеряют характеристику обратного рассеяния, разбивают ее на элементарные участки и определяют длину биений на каждом элементарном участке как половину периода изменений характеристики. Данный способ для измерения длины биений типичных ступенчатых одномодовых оптических волокон требует длительности зондирующих импульсов менее 10…20 нс. Для измерений длины биений оптических волокон с большими значениями поляризационной модовой дисперсии длительность зондирующих импульсов должна быть еще меньше. Как известно, энергия импульса пропорциональна его длительности. Как следствие, при малой длительности импульсов динамический диапазон оптического рефлектометра невелик. Соответственно требования, которые предъявляет данный способ к длительности зондирующих импульсов, ограничивают динамический диапазон оптического рефлектометра и не позволяют реализовать измерения длины биений на линиях передачи даже относительно небольшой протяженности - 30…50 км.A known method of measuring the characteristics of the linear path of an optical transmission line / 5, 6 /, in particular the beat length of an optical fiber, is that at the proximal end of a fiber-optic transmission line, a sequence of optical probe pulses is introduced into the optical fiber with a duration of no more than half the time interval the propagation of an optical pulse in the area, the length of which is equal to the length of the beats, the backward Rayleigh scattering signal supplied to the proximal end from the optical fiber and the input optical radiation polarization analyzer, the output of which receive optical power and a polarization characteristic is measured backscatter, divide it into elementary portions and define the length of a beat on each elementary portion as a half-period change characteristics. This method for measuring the beat length of typical stepped single-mode optical fibers requires a probe pulse duration of less than 10 ... 20 ns. To measure the beat length of optical fibers with large values of polarization mode dispersion, the duration of the probe pulses should be even shorter. As you know, the pulse energy is proportional to its duration. As a result, with a short pulse duration, the dynamic range of the optical reflectometer is small. Accordingly, the requirements of this method for the duration of the probe pulses limit the dynamic range of the optical reflectometer and do not allow measuring the length of the beats on the transmission lines even of a relatively small length - 30 ... 50 km.
Известен способ определения длины биений оптического волокна на участке линии передачи /7/, заключающийся в том, что на ближнем конце волоконно-оптической линии передачи в оптическое волокно вводят последовательность оптических зондирующих импульсов, длительность которых в несколько раз больше времени распространения импульсов на длине биений, поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного релеевского рассеяния подают на вход анализатора поляризации оптического излучения, на выходе которого принимают мощность оптического излучения одной поляризации, измеряют характеристику обратного рассеяния, преобразуют измеренную характеристику обратного рассеяния так, что подавляют искажения, обусловленные формой и конечной длительностью зондирующих импульсов, выделяют периодическую составляющую, которую затем разбивают на элементарные участки, и определяют длину биений на каждом элементарном участке как половину периода этой составляющей. Известно /8/, что при увеличении длительности зондирующего импульса проявляется зависимость амплитуды переменной составляющей сигнала обратного рассеяния от длительности зондирующего импульса и длины биений волокна, а при прямоугольной форме зондирующих импульсов амплитуда переменной составляющей сигнала обратного рассеяния, модулированного с периодом, кратным длине биений, пропорциональна величине:A known method for determining the length of the beats of an optical fiber in a section of a transmission line / 7 /, which consists in the fact that at the proximal end of a fiber-optic transmission line, a sequence of optical probe pulses is introduced into the optical fiber, the duration of which is several times longer than the propagation time of the pulses along the beat length, the Rayleigh backscattering signal arriving at the near end from the optical fiber is fed to the input of an optical radiation polarization analyzer, the output of which is power optical radiation of the same polarization, measure the backscattering characteristic, convert the measured backscattering characteristic so that distortions due to the shape and final duration of the probe pulses are suppressed, a periodic component is extracted, which is then divided into elementary sections, and the length of the beats in each elementary section is determined as half period of this component. It is known / 8 / that with an increase in the duration of the probe pulse, a dependence of the amplitude of the variable component of the backscattering signal on the duration of the probe pulse and the length of the beats of the fiber appears, and with the rectangular shape of the probe pulses, the amplitude of the variable component of the backscattering signal modulated with a period multiple of the length of the beats is proportional value:
где T0 - длительность зондирующего импульса; νg - групповая скорость; LB - длина биений. Очевидно, что при 0,5·νg·T0/LB⇒n·π, где n=1,2,3…, амплитуда переменной составляющей сигнала обратного рассеяния стремится к нулю и выделить эту переменную составляющую сигнала на фоне помех практически невозможно. Причем отношение сигнал/помеха ухудшается еще больше при малых значения длины биений. Учитывая случайный характер изменений длины биений, это приводит к существенным ошибкам оценок среднего значения длины биений на элементарном участке.where T 0 is the duration of the probe pulse; ν g is the group velocity; L B is the length of the beats. Obviously, at 0.5 · ν g · T 0 / L B ⇒n · π, where n = 1,2,3 ..., the amplitude of the variable component of the backscattering signal tends to zero and to isolate this variable component of the signal against the background of interference impossible. Moreover, the signal-to-noise ratio deteriorates even more with small values of the beat length. Given the random nature of the changes in the length of the beats, this leads to significant errors in the estimates of the average value of the length of the beats in the elementary section.
Сущностью предлагаемого изобретения является снижение погрешности измерений длины биений.The essence of the invention is to reduce the measurement error of the length of the beats.
Эта сущность достигается тем, что способ определения длины биений оптического волокна на участке линии передачи, заключающийся в том, что на ближнем конце волоконно-оптической линии передачи в оптическое волокно вводят последовательность оптических зондирующих импульсов, длительность которых больше, чем время его распространения на длине биений, поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного релеевского рассеяния подают на вход анализатора поляризации оптического излучения, на выходе которого принимают мощность оптического излучения одной поляризации, измеряют характеристику обратного рассеяния, выделяют переменную составляющую этой характеристики обратного рассеяния, которую разбивают на элементарные участки и определяют оценку среднего значения длины биений на каждом элементарном участке как половину периода изменений переменной составляющей характеристики вдоль волокна, отличается тем, что длительность зондирующего импульса Т0 линейно изменяют с заданным шагом, обеспечивая при этом выполнение условий и , где LB - длина биений, νg - групповая скорость распространения оптических импульсов в волокне, - среднее значение длительности зондирующего импульса, а T0 max и T0 min - ее максимальное и минимальное значение соответственно, многократно измеряют и запоминают характеристику обратного рассеяния для каждого из значений длительности зондирующего импульса, для каждого фиксированного отсчета координаты z вдоль волокна определяют оценку длины биений LBT как удвоенный период изменений переменной составляющей характеристики в зависимости от длительности зондирующего импульса, определяют погрешность оценок как разность и определяют длину биений, принимая ее равной оценкам LBT для отсчетов z, при которых оценки погрешности не превышают заданного порога.This essence is achieved in that a method for determining the beat length of an optical fiber in a portion of a transmission line, which consists in the fact that at the proximal end of a fiber optic transmission line, a sequence of optical probe pulses is introduced into the optical fiber, the duration of which is longer than its propagation time over the length of the beat The reverse Rayleigh scattering signal arriving at the proximal end from the optical fiber is fed to the input of an optical radiation polarization analyzer, at the output of which the power s optical radiation of one polarization is measured backscatter characteristic secrete variable component of the backscatter characteristics that is divided into elementary areas and determining an estimate of the mean value of beat length for each elementary portion as half the period of changes of the variable component of the characteristic along the fiber, characterized in that the duration of the probe pulse T 0 linearly change with a given step, while ensuring that the conditions and where L B is the beat length, ν g is the group propagation velocity of optical pulses in the fiber, is the average value of the duration of the probe pulse, and T 0 max and T 0 min is its maximum and minimum value, respectively, repeatedly measure and remember the backscattering characteristic for each of the values of the duration of the probe pulse, for each fixed reference coordinate z along the fiber, an estimate of the beat length L BT as the doubled period of changes in the variable component of the characteristic depending on the duration of the probe pulse, determine the error of estimates as the difference and determine the length of the beats, taking it equal to the estimates L BT for samples z, at which the error estimates do not exceed a given threshold.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.The drawing shows a structural diagram of a device for implementing the proposed method.
Устройство содержит генератор зондирующих импульсов 1, выход которого подключен ко входу источника оптического излучения 2 (лазер), выход которого через оптический разветвитель 3 подключен на ближнем конце линии передачи к оптическому волокну 4. На ближнем конце линии передачи оптическое волокно 4 через оптический разветивитель 3 подключено ко входу анализатора поляризации оптического излучения 5, выход которого подключен ко входу фотоприемника 6. Выход фотоприемника 6 соединен со входом блока обработки 7, а выход блока обработки 7 соединен со входом блока отображения 8. При этом второй выход генератора зондирующих импульсов 1 соединен со вторым входом блока обработки 7.The device comprises a probe pulse generator 1, the output of which is connected to the input of the optical radiation source 2 (laser), the output of which through the optical splitter 3 is connected at the near end of the transmission line to the optical fiber 4. At the near end of the transmission line, the optical fiber 4 is connected through the optical splitter 3 to the input of the polarization analyzer of optical radiation 5, the output of which is connected to the input of the photodetector 6. The output of the photodetector 6 is connected to the input of the processing unit 7, and the output of the processing unit 7 is connected with the input of the display unit 8. In this case, the second output of the probe pulse generator 1 is connected to the second input of the processing unit 7.
Устройство работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает последовательность зондирующих импульсов, длительность которых периодически с заданным шагом линейно изменяется от до и удовлетворяет условиям и , где LB - длина биений, νg - групповая скорость распространения оптических импульсов в волокне, - среднее значение длительности зондирующего импульса, а T0 max и T0 min - ее максимальное и минимальное значение соответственно. От генератора зондирующих импульсов 1 эта последовательность зондирующих импульсов поступает на вход источника оптического излучения 2, с выхода которого оптические зондирующие импульсы через оптический разветвитель 3 поступают на ближнем конце лини передачи в оптическое волокно 4. На ближнем конце линии передачи сигнал обратного релеевского рассеяния из оптического волокна 4 через оптический разветвитель 3 поступает на вход анализатора поляризации оптического излучения 5, с выхода которого оптическое излучение обратного релеевского рассеяния одной поляризации поступает на вход фотоприемника 6, где преобразуется в электрический сигнал, который с выхода фотоприемника 6 поступает на вход блока обработки 7. При этом зондирующие импульсы со второго выхода генератора 1 поступают на второй вход блока обработки 7, обеспечивая синхронизацию, что позволяет измерить зависимость мощности обратного рассеяния от времени - характеристику обратного рассеяния. В блоке обработки 7 измеренные для каждого из значений зондирующего импульса характеристики обратного рассеяния запоминают. Для каждого фиксированного отсчета координаты z вдоль волокна определяют оценку длины биений LBT как удвоенный период изменений переменной составляющей характеристики в зависимости от длительности зондирующего импульса, определяют погрешность оценок как разность и определяют длину биений, принимая ее равной оценкам LBT, для отсчетов z, при которых оценки погрешности не превышают заданного порога. Распределение длины биений по элементарным участкам выводится на дисплее устройства отображения 8.The device operates as follows. Generator 1 generates a sequence of probe pulses, the duration of which periodically with a given step varies linearly from before and satisfies the conditions and where L B is the beat length, ν g is the group propagation velocity of optical pulses in the fiber, is the average value of the duration of the probe pulse, and T 0 max and T 0 min are its maximum and minimum values, respectively. From the probe pulse generator 1, this probe pulse sequence is fed to the input of the optical radiation source 2, from the output of which the probe optical pulses through the optical splitter 3 are supplied at the near end of the transmission line to the optical fiber 4. At the near end of the transmission line, the signal of the Rayleigh backscattering from the optical fiber 4 through an optical splitter 3 enters the input of the analyzer of polarization of optical radiation 5, the output of which is the optical radiation of the inverse relay scattering of one polarization is fed to the input of the photodetector 6, where it is converted into an electrical signal, which from the output of the photodetector 6 is fed to the input of the processing unit 7. In this case, the probe pulses from the second output of the generator 1 are fed to the second input of the processing unit 7, providing synchronization, which allows measurement backscatter power versus time - backscatter response. In the processing unit 7, the backscatter characteristics measured for each of the values of the probe pulse are stored. For each fixed reference, the z coordinate along the fiber determines the beat length estimate L BT as the doubled period of changes in the variable component of the characteristic depending on the duration of the probe pulse, determine the estimation error as the difference and determine the length of the beats, taking it equal to the estimates of L BT , for samples z, at which the error estimates do not exceed a given threshold. The distribution of the length of the beats on the elementary sections is displayed on the display of the display device 8.
Длина биений изменяется вдоль линии. Для фиксированного значения координаты длина биений, измеряемая в идентичных условиях, принимает определенное значение. Соответственно период колебаний зависимости от длительности зондирующего импульса может быть определен с существенно меньшей погрешностью, чем период колебаний вдоль длины линии. Снижение погрешностей также обеспечивается за счет их оценивания путем сопоставления результатов, полученных по зависимости от длительности зондирующего импульса и по изменению характеристики обратного рассеяния вдоль линии. Поскольку длина биений меняется вдоль волокна, по изменениям характеристик обратного рассеяния вдоль линии определяют среднее значение длины биений на некотором участке линии. При определении длины биений по зависимости от длительности зондирующего импульса оценки длины биений получают для отсчетов координаты вдоль линии. Как следствие, снижается погрешность измерений длины биений и улучшается разрешающая способность.The length of the beats varies along the line. For a fixed value of the coordinate, the length of the beats, measured under identical conditions, takes a certain value. Accordingly, the oscillation period depending on the duration of the probe pulse can be determined with a significantly lower error than the oscillation period along the line length. Errors are also reduced by evaluating them by comparing the results obtained as a function of the duration of the probe pulse and by changing the backscattering characteristic along the line. Since the beat length varies along the fiber, the average value of the beat length over a certain section of the line is determined from changes in the characteristics of backscattering along the line. When determining the beat length, depending on the duration of the probe pulse, the beat length estimates are obtained for the coordinates along the line for the samples. As a result, the error in measuring the length of the beats is reduced and the resolution is improved.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Патент US 2006/028636 A1.1. Patent US 2006/028636 A1.
2. Патент US 2006/028637 A1.2. Patent US 2006/028637 A1.
3. Патент US 2006/066839 A1.3. Patent US 2006/066839 A1.
4. Патент US 2003/174312 Al.4. Patent US 2003/174312 Al.
5. Патент WO 2005/041449 Al.5. Patent WO 2005/041449 Al.
6. Galtarossa A., Menyuk С.R. Polarization mode dispersion. - Springer, 2005. - 296 с.6. Galtarossa A., Menyuk C.R. Polarization mode dispersion. - Springer, 2005 .-- 296 p.
7. Патент RU 2325037 C2.7. Patent RU 2325037 C2.
8. Jasenek J. The use of Polarization Optical Time-Domain Reflectometry for the birefringence distribution measurement along the SM optical fiber. - 12th International Scientific Conference "Radioelectronics 2002": Bratislava, Slovak Republic, 14. - 16.5, 2002, pp.234-238.8. Jasenek J. The use of Polarization Optical Time-Domain Reflectometry for the birefringence distribution measurement along the SM optical fiber. - 12th International Scientific Conference "Radioelectronics 2002": Bratislava, Slovak Republic, 14. - 16.5, 2002, pp. 234-238.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009114106/09A RU2393635C1 (en) | 2009-04-13 | 2009-04-13 | Method of determining beat of optical fiber on transmission line section |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009114106/09A RU2393635C1 (en) | 2009-04-13 | 2009-04-13 | Method of determining beat of optical fiber on transmission line section |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2393635C1 true RU2393635C1 (en) | 2010-06-27 |
Family
ID=42683847
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009114106/09A RU2393635C1 (en) | 2009-04-13 | 2009-04-13 | Method of determining beat of optical fiber on transmission line section |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2393635C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487478C2 (en) * | 2011-10-07 | 2013-07-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Optical reflectometer |
-
2009
- 2009-04-13 RU RU2009114106/09A patent/RU2393635C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487478C2 (en) * | 2011-10-07 | 2013-07-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Optical reflectometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7920253B2 (en) | Polarization optical time domain reflectometer and method of determining PMD | |
Sorin et al. | A simple intensity noise reduction technique for optical low-coherence reflectometry | |
Lu et al. | Distributed vibration sensor based on coherent detection of phase-OTDR | |
US9287972B2 (en) | Distributed optical fiber sound wave detection device | |
US9170173B2 (en) | Multiple-acquisition otdr method and device | |
US11320302B2 (en) | High-rate distributed acoustic sensing using high-power light pulses | |
US20210180998A9 (en) | Computational Distributed Fiber-Optic Sensing Method and System | |
US7212281B2 (en) | Optical fiber polarization mode dispersion measurement method and measurement device | |
WO2015101995A1 (en) | Pump-power-independent double slope-assisted distributed and fast brillouin fiber-optic sensor | |
Yao et al. | Reducing trade-off between spatial resolution and frequency accuracy in BOTDR using Cohen's class signal processing method | |
JP7077887B2 (en) | Vibration detection Optical fiber sensor and vibration detection method | |
US11796419B2 (en) | Distributed Brillouin laser sensor | |
JP7238507B2 (en) | Vibration detection optical fiber sensor and vibration detection method | |
RU2393635C1 (en) | Method of determining beat of optical fiber on transmission line section | |
RU2407167C2 (en) | Method of determining length of beats of optical fibre on section of transmission line | |
RU2400783C1 (en) | Method of identifying multimode optical fibre with high differential modal delay | |
RU2325037C2 (en) | Method of determining optic fibre beat length at transmission line section | |
JP2020118574A (en) | Optical pulse tester and optical pulse testing method | |
EP1367376A1 (en) | Method and apparatus for measuring chromatic dispersion | |
Liehr et al. | Wavelength-modulated C-OTDR techniques for distributed dynamic measurement | |
Kito et al. | Fast acquirable long-range measurement with frequency-swept probe BOTDA | |
Jostmeier et al. | Distributed Acoustic Sensing with 100 km Distance Range Using a Polarization-Diverse Coherent OTDR Interrogator | |
JP3088031B2 (en) | Optical pulse tester | |
WO2024171332A1 (en) | Brillouin gain analysis device, and brillouin gain analysis method | |
Motil et al. | BOTDA measurements in the presence of fiber vibrations |